Structure, function, and disease biology of MICU1/MICU2

MICU1/MICU2的结构、功能和疾病生物学

基本信息

  • 批准号:
    10197754
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.03万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT Mitochondria uptake calcium via a calcium activated channel called the uniporter. Calcium uptake allows the organelle's metabolic state to be matched to rapidly changing energy requirements, and, in turn, tune key processes such as neurotransmission and muscle contraction. The uniporter is calcium-activated calcium channel regulated by the calcium binding heterodimer MICU1/MICU2. Mutations in MICU1 have recently been identified as a cause of a new form of a myopathy characterized by fatigue and exercise intolerance without the classical features of mitochondrial myopathy. The precise mechanisms by which MICU1 and MICU2 sense calcium to regulate the uniporter, and how lesions in this heterodimer lead to this highly unusual myopathy are not known. Through this dual PI grant we propose to: (1) Characterize the physicochemical properties of MICU1 and MICU2. The wild type proteins and mutants expressed in E. coli will be characterized with respect to the oligomeric state, structural stability, Ca2+ and Mg2+ binding affinities, and pH sensitivity. (2) Determine the structural basis for the regulation of the uniporter by MICU1 and MICU2. High resolution X-ray structures of MICU2 alone and of the MICU1/2 heterodimer in the apo and Ca2+-bound forms will be determined. Electron cryo-microscopy will be used to determine the structure of a native-like oligomer of MICU1/2 complex. (3) Investigate mitochondrial calcium dynamics in cellular systems. Using genome-editing technology we have engineered a powerful in vivo system of knockout cell lines for studying the effects of engineered and naturally occurring human mutations in MICU1 and MICU2 on the mitochondrial calcium transport kinetics and energetics, and (4) Understand the metabolic and bioenergetic basis of human MICU1 myopathy by investigating the Micu1-/- mouse as a model. We will characterize the muscle histology, mitochondrial bioenergetics, exercise performance and metabolomics, and single fiber contractility to test the hypothesis that loss of MICU1 leads to a myopathy by causing disturbances in energy metabolism. Our aims – spanning the molecular to animal physiology -- will yield a holistic and mechanistic understanding of the regulation of mitochondrial calcium uptake by MICU1 and MICU2 and its contribution to a newly described human myopathy.
抽象的 线粒体吸收钙通过钙激活通道称为Uniter。钙吸收允许 Organelle的代谢状态与能源需求迅速变化相匹配,然后调整 神经传递和肌肉收缩等关键过程。 UNITER是钙激活的钙 由钙结合异二聚体MICU1/MICU2调节的通道。 MICU1中的突变最近已经 被确定为一种新形式的肌病的原因 线粒体肌病的经典特征。 MICU1和MICU2感知的确切机制 钙调节静电蛋白的钙,以及该异二聚体中的病变如何导致这种非常不寻常的肌病 不知道。通过此双PI赠款,我们建议:(1)表征的物理特性 MICU1和MICU2。大肠杆菌中表达的野生型蛋白质和突变体将以尊重的态度进行表征 对于寡聚状态,结构稳定性,Ca2+和Mg2+结合亲和力以及pH敏感性。 (2)确定 通过MICU1和MICU2调节UNITER的结构基础。高分辨率的X射线结构 将确定APO和Ca2+粘结形式中的MICU2和MICU1/2异二聚体的。 电子冷冻微观镜将用于确定MICU1/2的天然样寡聚物的结构 复杂的。 (3)研究细胞系统中的线粒体钙动力学。使用基因组编辑技术 我们已经设计了一个强大的在敲除细胞系的体内系统,用于研究工程和 线粒体钙转运动力学和MICU2中的自然发生的人类突变 能量学和(4)了解人类MICU1肌病的代谢和生物能基础 将MICU1 - / - 小鼠作为模型进行研究。我们将表征肌肉组织学,线粒体 生物能学,运动性能和代谢组学以及单纤维收缩性,以检验以下假设 MICU1的丧失通过引起能量代谢障碍而导致肌病。我们的目标 - 跨越 分子到动物生理 - 将对调节产生整体和机械的理解 MICU1和MICU2的线粒体钙摄取及其对新描述的人的贡献 肌病。

项目成果

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